JP2022533015A - Terminal busbar for safety improvement, battery module and battery pack including it - Google Patents

Terminal busbar for safety improvement, battery module and battery pack including it Download PDF

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Abstract

バッテリーモジュールの安全性を改善できる部品としてのターミナルバスバー、それを含むバッテリーモジュール及びバッテリーパックを提供する。 本発明によるターミナルバスバーは、長さと幅に比べて厚さが薄いほぼ板状の結合部と、前記結合部の一端に垂直方向へ折り曲げられた端子部と、を含む。前記結合部は、前記端子部の延長方向に沿って順番に積層された第1金属層/常時には導電性であるが、温度が上昇すれば、抵抗として機能する物質層/ 第2金属層からなり、前記物質層は、所定の温度以上で分解されてガスを発生させることで抵抗を増加させるガス発生材料を含む。前記第1金属層が前記端子部と一体型であり、前記第2金属層がバッテリーセルの電極リードとの接続面を提供する。To provide a terminal bus bar as a component capable of improving the safety of a battery module, a battery module including the same, and a battery pack. A terminal bus bar according to the present invention includes a generally plate-like coupling portion having a thickness smaller than its length and width, and a terminal portion vertically bent at one end of the coupling portion. The coupling portion is formed from a first metal layer laminated in order along the extension direction of the terminal portion/a material layer which is normally conductive but functions as a resistance when the temperature rises/a second metal layer. The material layer includes a gas generating material that is decomposed above a predetermined temperature to generate gas to increase resistance. The first metal layer is integral with the terminal portion, and the second metal layer provides a connection surface with an electrode lead of a battery cell.

Description

本発明は、バッテリーモジュールに関し、より詳しくは、温度上昇時、電流の流れを遮断可能なバッテリーモジュールに関する。本発明は、このようなバッテリーモジュールに用いられ得るターミナルバスバー、このようなバッテリーモジュールを含むバッテリーパックに関するものでもある。 The present invention relates to a battery module, and more particularly to a battery module capable of interrupting the flow of electric current when the temperature rises. The present invention also relates to a terminal bus bar that can be used in such a battery module, and a battery pack that includes such a battery module.

本出願は、2019年6月11日出願の韓国特許出願第10-2019-0068725号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。 This application claims priority based on Korean Patent Application No. 10-2019-0068725 filed on June 11, 2019, and all the contents disclosed in the specification and drawings of the relevant application are incorporated into this application. ..

現在、商用化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず充放電が自由で、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。 Currently, commercialized secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, lithium secondary batteries, etc. Among them, lithium secondary batteries have a memory effect compared to nickel-based secondary batteries. It is in the limelight because it has the advantages of being free to charge and discharge, having a very low self-discharge rate, and having a high energy density.

このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材を各々正極活物質と負極活物質として用いる。リチウム二次電池は、正極活物質が正極集電体にコーティングされた正極板と、負極活物質が負極集電体にコーティングされた負極板とが、分離膜を挟んで配置された構造を有する単位セルを集合した電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースを備える。リチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型二次電池に分けられる。 Such a lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively. The lithium secondary battery has a structure in which a positive electrode plate in which a positive electrode active material is coated on a positive electrode current collector and a negative electrode plate in which a negative electrode active material is coated on a negative electrode current collector are arranged with a separation film interposed therebetween. It includes an electrode assembly in which unit cells are assembled, and an exterior material for sealing and storing the electrode assembly together with an electrolytic solution, that is, a battery case. Depending on the shape of the exterior material, the lithium secondary battery can be divided into a can-type secondary battery in which the electrode assembly is housed in a metal can and a pouch-type secondary battery in which the electrode assembly is housed in an aluminum laminated sheet pouch. Divided.

最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置(ESS)のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために複数の二次電池が電気的に接続される。特に、このような中・大型装置には、積層が容易であり、重量が軽いなどの長所から、パウチ型二次電池がよく用いられる。パウチ型二次電池は、電極リードが接続した電極組立体がパウチケースに電解液と共に収納されて密封された構造を有する。電極リードの一部は、パウチケースの外部に露出され、露出した電極リードは、二次電池が装着される装置に電気的に接続するか、または二次電池の相互間を電気的に接続するのに使用される。 Recently, secondary batteries are widely used not only in small devices such as portable electronic devices but also in medium and large devices such as automobiles and power storage devices (ESS). When used in such medium and large equipment, a plurality of secondary batteries are electrically connected in order to increase the capacity and output. In particular, pouch-type secondary batteries are often used for such medium- and large-sized devices because of their advantages such as easy stacking and light weight. The pouch-type secondary battery has a structure in which an electrode assembly to which electrode leads are connected is housed in a pouch case together with an electrolytic solution and sealed. Some of the electrode leads are exposed to the outside of the pouch case, and the exposed electrode leads either electrically connect to the device in which the secondary battery is mounted, or electrically connect between the secondary batteries. Used for.

図1は、パウチ型バッテリーセルを接続して製造したバッテリーモジュールの一部を示す。例えば、二つのパウチ型バッテリーセルを直列に接続した状態を示している。 FIG. 1 shows a part of a battery module manufactured by connecting a pouch type battery cell. For example, it shows a state in which two pouch-type battery cells are connected in series.

図1に示したように、パウチ型バッテリーセル10、10’は、パウチケース30の外部へ引き出された二つの電極リード40、40’を備える。電極リード40、40’は、電気的極性によって正極(+)リードと負極(-)リードに分けられ、パウチケース30内に密封されている電極組立体20に電気的に接続している。即ち、正極リードは電極組立体20の正極板に、負極リードは電極組立体20の負極板に電気的に接続している。 As shown in FIG. 1, the pouch-type battery cells 10, 10'include two electrode leads 40, 40' that are drawn out of the pouch case 30. The electrode leads 40 and 40'are divided into a positive electrode (+) lead and a negative electrode (−) lead according to the electrical polarity, and are electrically connected to the electrode assembly 20 sealed in the pouch case 30. That is, the positive electrode lead is electrically connected to the positive electrode plate of the electrode assembly 20, and the negative electrode lead is electrically connected to the negative electrode plate of the electrode assembly 20.

バッテリーモジュール1においてバッテリーセル10、10’が接続する方式は多様であるが、図1は、電極リード40、40’を折り曲げた後、バスバー50の上に配置してレーザー溶接で溶接処理することで、バッテリーセル10の電極リード40と、このバッテリーセル10に隣接した他のバッテリーセル10’の電極リード40’とを接続する方式を示す。 There are various methods for connecting the battery cells 10 and 10'in the battery module 1, but in FIG. 1, after bending the electrode leads 40 and 40', they are placed on the bus bar 50 and welded by laser welding. The method of connecting the electrode lead 40 of the battery cell 10 and the electrode lead 40'of another battery cell 10'adjacent to the battery cell 10 is shown.

一方、リチウム二次電池は、過熱される場合、爆発の危険性がある。特に、電気自動車(Electric Vehicle,EV)、ハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle,HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)などを含む電気車に適用されるにつれ、複数の高容量の二次電池バッテリーセルを接続して使用するバッテリーモジュールやバッテリーパックにおいては、爆発時に非常に大きい事故が発生する恐れがあり、安全性を確保することが主要課題の一つである。 On the other hand, a lithium secondary battery has a risk of explosion when it is overheated. In particular, as it is applied to electric vehicles including electric vehicles (Electric Battery, EV), hybrid electric vehicles (HEV), plug-in hybrid electric vehicles (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), etc. In a battery module or battery pack that is used by connecting a high-capacity secondary battery battery cell, a very large accident may occur at the time of explosion, and ensuring safety is one of the main issues.

リチウム二次電池の温度が急激に上昇するようになる代表的な原因は、短絡電流が流れる場合が挙げられる。短絡電流は、二次電池と接続した電子機器などで短絡が起こった場合に主に発生し、リチウム二次電池に短絡が起こると、正極及び負極で急激な電気化学反応が起こり、熱が発生するようになる。このように発生した熱によってバッテリーセルの温度が速い速度で上昇するようになり、結局、発火を起こす。特に、複数のバッテリーセルを含んでいるバッテリーモジュール或いはバッテリーパックの場合には、いずれか一つのバッテリーセルで発生した熱が周りのバッテリーセルへ伝播され、他のバッテリーセルに影響を及ぼすようになり、これはさらに大きい危険につながり得る。 A typical cause for the temperature of a lithium secondary battery to rise sharply is the flow of a short-circuit current. The short-circuit current is mainly generated when a short-circuit occurs in an electronic device connected to the secondary battery, and when a short-circuit occurs in the lithium secondary battery, a rapid electrochemical reaction occurs at the positive electrode and the negative electrode, and heat is generated. Will come to do. The heat generated in this way causes the temperature of the battery cell to rise at a high speed, eventually causing ignition. In particular, in the case of a battery module or battery pack containing multiple battery cells, the heat generated in any one battery cell is propagated to the surrounding battery cells and affects the other battery cells. , This can lead to even greater danger.

そこで、二次電池の内部の温度が上昇すると、電流を遮断して爆発が防止できる手段として、PTC素子、ヒューズなどが提案された。ところが、これらは、バッテリーモジュールやバッテリーパック内で別の装着空間が必要であるという問題がある。 Therefore, a PTC element, a fuse, or the like has been proposed as a means for blocking the current and preventing an explosion when the temperature inside the secondary battery rises. However, these have a problem that another mounting space is required in the battery module or the battery pack.

バッテリーモジュール或いはバッテリーパックの爆発は、それが採用された電子機器或いは自動車などの破損をもたらすだけでなく、使用者の安全を脅威し、火事につながり得るという点で安全性の確保は非常に重要である。二次電池が過熱されると、爆発及び/または発火の危険が大きくなり、過熱による急激な燃焼や爆発は、人名及び財産上の被害を与え得る。そのため、二次電池の使用上の安全性を充分に確保するための手段が求められる。 It is very important to ensure safety in that an explosion of a battery module or battery pack not only causes damage to the electronic equipment or automobile in which it is used, but also threatens the safety of the user and can lead to a fire. Is. When a secondary battery is overheated, the risk of explosion and / or ignition increases, and rapid combustion or explosion due to overheating can cause personal and property damage. Therefore, a means for ensuring sufficient safety in use of the secondary battery is required.

本発明は、温度上昇時、電流を遮断することでバッテリーモジュールの安全性を改善することができる部品を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a component capable of improving the safety of a battery module by interrupting an electric current when the temperature rises.

また、本発明は、このような部品を採用することで安全性が向上したバッテリーモジュール及びバッテリーパックを提供することを他の目的とする。 Another object of the present invention is to provide a battery module and a battery pack having improved safety by adopting such a component.

本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。 Other objects and advantages of the present invention will be understood by the description below and will be more apparent by the examples of the present invention. In addition, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof shown in the claims.

本発明においては、バッテリーモジュールの安全性が改善できる部品として新しいターミナルバスバーを提案する。 In the present invention, a new terminal bus bar is proposed as a component that can improve the safety of the battery module.

本発明によるターミナルバスバーは、長さと幅に比べて厚さが薄いほぼ板状の結合部と、前記結合部の一端に垂直方向へ折り曲げられた端子部と、を含む。前記結合部は、前記端子部の延長方向に沿って順番に積層された第1金属層/常時には導電性であるが、温度が上昇すれば、抵抗として機能する物質層/ 第2金属層からなり、前記物質層は、所定の温度以上で分解されてガスを発生させることで抵抗を増加させるガス発生材料を含んでいる。前記第1金属層が前記端子部と一体型であり、前記第2金属層がバッテリーセルの電極リードとの接続面を提供する。 The terminal bus bar according to the present invention includes a substantially plate-shaped joint portion having a thickness smaller than the length and width, and a terminal portion bent in a direction perpendicular to one end of the joint portion. The joint portion is formed from a first metal layer / a second metal layer that is normally laminated in order along the extension direction of the terminal portion / is always conductive, but functions as a resistance when the temperature rises. Therefore, the substance layer contains a gas generating material that increases resistance by being decomposed at a predetermined temperature or higher to generate gas. The first metal layer is integrated with the terminal portion, and the second metal layer provides a connecting surface with the electrode leads of the battery cell.

このようなターミナルバスバーは、前記結合部に前記電極リードが貫通する貫通口が形成され得る。 In such a terminal bus bar, a through hole through which the electrode lead penetrates may be formed at the joint portion.

前記物質層は、前記ガス発生材料と導電性物質及び接着剤を含み得る。 The material layer may contain the gas generating material, a conductive material and an adhesive.

前記ガス発生材料は、メラミンシアヌレート(Melamine Cyanurate)であり得る。 The gas generating material can be melamine cyanurate.

前記接着剤によって前記導電性物質が相互に接続及び固定されており、前記ガス発生時、前記導電性物質の接続が解除されて抵抗が増加し得る。 The conductive substances are connected and fixed to each other by the adhesive, and when the gas is generated, the connection of the conductive substances can be released and the resistance can be increased.

このようなターミナルバスバーを製造する方法は、以下のような段階を含み得る。先ず、第1金属層が端子部と一体型であり、断面がL字形である金属部材を準備する。前記第1金属層の上に、前記物質層を形成する。そして、前記物質層の上に第2金属層を積層する。 A method of manufacturing such a terminal busbar may include the following steps. First, a metal member having a first metal layer integrated with a terminal portion and an L-shaped cross section is prepared. The substance layer is formed on the first metal layer. Then, the second metal layer is laminated on the material layer.

前記物質層を前記ガス発生材料と導電性物質及び接着剤を含むものに形成すると、前記物質層の上に前記第2金属層を積層した後、押し付ける段階をさらに含み得る。 When the substance layer is formed to contain the gas generating material, the conductive substance, and the adhesive, the step of laminating the second metal layer on the substance layer and then pressing the substance layer may be further included.

本発明によるバッテリーモジュールは、このようなターミナルバスバーを含む。 The battery module according to the present invention includes such a terminal bus bar.

このバッテリーモジュールは、二つ以上のバッテリーセルを含むバッテリーモジュールであって、前記バッテリーセルは、反対極性の電極リードがパウチケースの外部に露出しているパウチ型二次電池であり、前記バッテリーセルのうち一つ以上のバッテリーセルの電極リードと接続したターミナルバスバーをさらに含む。 This battery module is a battery module including two or more battery cells, wherein the battery cell is a pouch-type secondary battery in which electrode leads of opposite polarities are exposed to the outside of the pouch case. Further includes a terminal bus bar connected to the electrode leads of one or more of the battery cells.

このようなバッテリーモジュールにおいて、前記バッテリーモジュールの外部から前記バッテリーモジュールへの電流の流れ経路は、前記端子部、前記第1金属層、前記物質層、前記第2金属層及び前記電極リード順に設けられ得る。 In such a battery module, a current flow path from the outside of the battery module to the battery module is provided in the order of the terminal portion, the first metal layer, the material layer, the second metal layer, and the electrode lead. obtain.

本発明においては、このようなバッテリーモジュールを二つ以上含むバッテリーパックも提供する。このバッテリーパックは、前記バッテリーモジュール同士を接続するために前記バッテリーモジュールのうちいずれか一つのターミナルバスバーの端子部と、前記バッテリーモジュールのうち他の一つのターミナルバスバーの端子部とを接続するインタバスバーをさらに含む。前記バッテリーパックは、前記バッテリーモジュールをパッケージングするパックケースをさらに含み得る。 The present invention also provides a battery pack containing two or more such battery modules. This battery pack is an interbus bar that connects the terminal portion of one of the terminal bus bars of the battery modules and the terminal portion of the other terminal bus bar of the battery modules in order to connect the battery modules to each other. Including further. The battery pack may further include a pack case for packaging the battery module.

なお、本発明は、自動車であって、本発明によるバッテリーパックを少なくとも一つ含むことを特徴とする自動車を提供する。 The present invention provides an automobile, which comprises at least one battery pack according to the present invention.

本発明によれば、バッテリーセルはそのままにしてターミナルバスバーを変更してバッテリーモジュールを構成する。ターミナルバスバーは、温度上昇時に抵抗が増加することでターミナルバスバーを介した電流の流れを遮断することができる。したがって、本発明によるバッテリーモジュールの使用時、過熱の場合に電流の流れを遮断することができ、異常状況における安全性を確保することができる。 According to the present invention, the battery module is configured by changing the terminal bus bar while leaving the battery cell as it is. The terminal bus bar can cut off the current flow through the terminal bus bar by increasing the resistance when the temperature rises. Therefore, when the battery module according to the present invention is used, the current flow can be cut off in the case of overheating, and safety in an abnormal situation can be ensured.

バスバーの抵抗増加の構成としては、バスバー中にガス発生材料を含む物質層を含ませ、該ガス発生材料が分解される温度に到達したとき、電流の流れが遮断されるようにする。これによって、二次電池保護回路が動作しない場合でも電流の流れを遮断してこれ以上の電流が流れないようにすること、例えば、充電に行われないようにすることが可能になり、バッテリーモジュールの安全性を高めることができる。このように本発明のバッテリーモジュールは、バスバーを改善することで、温度上昇時に自動で電流の流れを遮断する手段を具現するため、二次電池保護回路の過充電防止機能と共に二重でバッテリーモジュールの安全性を確保することができる効果も奏する。 As a configuration of increasing the resistance of the bus bar, a substance layer containing a gas generating material is included in the bus bar so that the flow of electric current is cut off when the temperature at which the gas generating material is decomposed is reached. This makes it possible to block the flow of current even when the secondary battery protection circuit does not operate so that no more current flows, for example, to prevent charging, and the battery module. Can increase the safety of the. As described above, the battery module of the present invention has a dual battery module with an overcharge prevention function of the secondary battery protection circuit in order to realize a means for automatically shutting off the current flow when the temperature rises by improving the bus bar. It also has the effect of ensuring the safety of the battery.

本発明によれば、バッテリーセル同士を接続して電気接続経路を構成するに際し、安全性の確保が可能なターミナルバスバーを用いたバッテリーモジュールを提供することができる。異常温度に到達する状況のようなイベントの発生時、ターミナルバスバー中の物質層に含まれたガス発生材料が分解されながら抵抗が増加するようになる。その結果、バッテリーセルは、電気接続が解除されて電流の流れが遮断されるので、バッテリーモジュールの安全性を確保することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a battery module using a terminal bus bar that can ensure safety when connecting battery cells to each other to form an electrical connection path. When an event such as a situation where an abnormal temperature is reached occurs, the gas generating material contained in the material layer in the terminal bus bar is decomposed and the resistance increases. As a result, the battery cell is disconnected from the electric connection and the current flow is cut off, so that the safety of the battery module can be ensured.

特に、ターミナルバスバー中の第1金属層と第2金属層との間に、所定の温度以上で分解されてガスを発生させることで抵抗を増加させるガス発生材料を含む物質層を含ませることで、この物質層を中心にしてターミナルバスバーと電極リードとが接続した部分である第2金属層と、電極リードが接続していないターミナルバスバー部分である第1金属層との間における抵抗が増加して、電流が流れないように構成する。このようなターミナルバスバーは、特に隣接するバッテリーモジュール同士の接続にも用いられる。このように隣接するバッテリーモジュールの間のバッテリーセル同士を接続するターミナルバスバーを構成すると、温度上昇時、ターミナルバスバーを介して電流が流れなくなり、安全性が向上する。 In particular, by including a material layer containing a gas generating material that increases resistance by decomposing at a predetermined temperature or higher to generate gas between the first metal layer and the second metal layer in the terminal bus bar. , The resistance between the second metal layer, which is the portion where the terminal bus bar and the electrode leads are connected around this material layer, and the first metal layer, which is the terminal bus bar portion where the electrode leads are not connected, increases. Therefore, it is configured so that no current flows. Such a terminal bus bar is also used to connect adjacent battery modules in particular. When the terminal bus bar that connects the battery cells between the adjacent battery modules is configured in this way, the current does not flow through the terminal bus bar when the temperature rises, and the safety is improved.

本発明によれば、バッテリーモジュールのターミナルバスバーの改善によって安全性が確保される。既存のターミナルバスバーの代わりに本発明で提案するターミナルバスバーを用いることのみが変わり、既存のバッテリーモジュールの製造工程はそのまま用いることができるため、比較的に工程に対する変更なくバッテリーモジュールの安全性を確保することができるという長所がある。バッテリーセルそのものは、既存の製造工程をそのまま用いるため、工程の変更や量産プロセスに対する調整が不要である。 According to the present invention, safety is ensured by improving the terminal bus bar of the battery module. Only the terminal bus bar proposed in the present invention is used instead of the existing terminal bus bar, and the existing battery module manufacturing process can be used as it is. Therefore, the safety of the battery module is ensured relatively without any change in the process. It has the advantage of being able to do it. Since the battery cell itself uses the existing manufacturing process as it is, there is no need to change the process or adjust the mass production process.

このように、本発明によれば、正常な状況では電流の流れが確保され、既存に類似なバッテリーモジュール性能を発現しながらも、異常状況によって所定の温度以上に上昇時、電流の流れを遮断してバッテリーモジュールの安全性を向上させることができる。したがって、バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック、及びこのようなバッテリーパックを含む自動車の安全性を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, the current flow is ensured under normal conditions, and the current flow is cut off when the temperature rises above a predetermined temperature due to an abnormal condition, while exhibiting battery module performance similar to the existing one. This can improve the safety of the battery module. Therefore, it is possible to improve the safety of the battery module, the battery pack including the battery module, and the vehicle including such a battery pack.

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。 The following drawings, which are attached to the present specification, exemplify a desirable embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention as well as a detailed description of the present invention. It should not be construed as being limited to the matters described in the drawings.

従来のバッテリーモジュールを概略的に示す。A conventional battery module is shown schematically. 本発明の一実施例によるターミナルバスバーである。It is a terminal bus bar according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施例によるターミナルバスバーである。It is a terminal bus bar according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施例によるターミナルバスバーを含むバッテリーモジュールを概略的に示した図である。It is a figure which showed schematicly the battery module including the terminal bus bar by another Example of this invention. 図4のバッテリーモジュールに含まれるターミナルバスバー部分の正面図である。It is a front view of the terminal bus bar part included in the battery module of FIG. 図4のバッテリーモジュールに含まれるターミナルバスバー部分の断面図である。It is sectional drawing of the terminal bus bar part included in the battery module of FIG. 図4のバッテリーモジュールに含まれるバスバー部分の正面図である。It is a front view of the bus bar part included in the battery module of FIG. 実験的に製造したICB組立体の写真である。It is a photograph of an ICB assembly manufactured experimentally. 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the battery pack by still another Example of this invention. 本発明のさらに他の実施例による自動車を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the automobile by still another Example of this invention. 実験に使用したバッテリーモジュールの時間による抵抗と温度を示したグラフである。It is a graph which showed the resistance and temperature by time of the battery module used for an experiment. 実験に使用したバッテリーモジュールの外部短絡試験結果である。It is the result of the external short circuit test of the battery module used in the experiment. 実験に使用したバッテリーモジュールの外部短絡試験結果である。It is the result of the external short circuit test of the battery module used in the experiment. 実験に使用したバッテリーモジュールの外部短絡試験結果である。It is the result of the external short circuit test of the battery module used in the experiment. 実験に使用したバッテリーモジュールの外部短絡試験結果である。It is the result of the external short circuit test of the battery module used in the experiment.

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。 Hereinafter, desirable embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms and words used in the present specification and the scope of the patent claim should not be construed in a general or lexical sense, and the inventor himself describes the invention in the best possible way. Therefore, it must be interpreted in the meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention in accordance with the principle that the concept of terms can be properly defined.

したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。 Therefore, the embodiments described herein and the configurations shown in the drawings are merely one of the most desirable embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention. It must be understood that at the time of filing, there may be a variety of equivalents and variants that can replace them.

以下で説明される実施例において、二次電池はリチウム二次電池を指す。ここで、リチウム二次電池とは、充電と放電が行われる間、リチウムイオンが作動イオンとして作用して正極板と負極板で電気化学的反応を誘発する二次電池を総称する。 In the embodiments described below, the secondary battery refers to a lithium secondary battery. Here, the lithium secondary battery is a general term for a secondary battery in which lithium ions act as working ions to induce an electrochemical reaction between a positive electrode plate and a negative electrode plate during charging and discharging.

一方、リチウム二次電池に使用された電解質や分離膜の種類、二次電池を包装するのに使用された電池ケースの種類、リチウム二次電池の内部または外部の構造などによって二次電池の名称が変更されてもリチウムイオンが作動イオンとして使用される二次電池であれば、いずれも前記リチウム二次電池の範疇に含まれるものとして解釈する。 On the other hand, the name of the secondary battery depends on the type of electrolyte and separation film used in the lithium secondary battery, the type of battery case used to package the secondary battery, and the internal or external structure of the lithium secondary battery. Any secondary battery in which lithium ions are used as working ions even if is changed is interpreted as being included in the category of the lithium secondary battery.

本発明は、リチウム二次電池以外の他の二次電池にも適用可能である。したがって、作動イオンがリチウムイオンではなくても、本発明の技術的思想が適用できる二次電池であれば、その種類に関係なくいずれも本発明の範疇に含まれるものとして解釈する。 The present invention is also applicable to other secondary batteries other than the lithium secondary battery. Therefore, even if the working ion is not lithium ion, any secondary battery to which the technical idea of the present invention can be applied is interpreted as being included in the category of the present invention regardless of its type.

以下、本発明のターミナルバスバーの実施例について図2及び図3を参照して説明する。 Hereinafter, examples of the terminal bus bar of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

図2は、本発明の一実施例によるターミナルバスバーである。図3は、本発明の他の実施例によるターミナルバスバーである。 FIG. 2 is a terminal bus bar according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a terminal bus bar according to another embodiment of the present invention.

先ず、図2を参照すれば、ターミナルバスバー150は、結合部160と、端子部170と、を含む。端子部170は、結合部160の一端に垂直方向へ折り曲げられた部分である。 First, referring to FIG. 2, the terminal bus bar 150 includes a coupling portion 160 and a terminal portion 170. The terminal portion 170 is a portion bent in the direction perpendicular to one end of the joint portion 160.

結合部160は、長さLと幅Wに比べて厚さTが薄いほぼ板状の部材である。結合部160は、端子部170の延長方向に沿って下方から上方の順に積層された第1金属層162/常時には導電性であるが、温度が上昇すると、抵抗として機能できる物質層164/第2金属層166からなる。第1金属層162、物質層164及び第2金属層166は、厚さT方向に沿って積層されている。端子部170の厚さは、結合部160の厚さTと同一であり得る。第1金属層162は、端子部170と一体型であり、第2金属層166は、バッテリーセルの電極リードとの接続面を提供する。端子部170は、外部入力またはバッテリーモジュール同士を接続するのに用いられ得る。通常、電極リードと接続して電気配線を形成する部品をバスバーと呼ぶので、結合部160と端子部170を含む部品をバスバーと呼んでも良いが、他のバスバーとは異なり、結合部160の他に端子部170をさらに含むという点で相違するので、本発明においては「ターミナルバスバー」と名付けた。 The joint portion 160 is a substantially plate-shaped member having a thickness T thinner than a length L and a width W. The coupling portion 160 is a first metal layer 162 / always conductive, which is laminated in this order from the bottom to the top along the extension direction of the terminal portion 170, but when the temperature rises, the material layer 164 / th is capable of functioning as a resistance. It consists of two metal layers 166. The first metal layer 162, the material layer 164, and the second metal layer 166 are laminated along the thickness T direction. The thickness of the terminal portion 170 may be the same as the thickness T of the coupling portion 160. The first metal layer 162 is integrated with the terminal portion 170, and the second metal layer 166 provides a connecting surface with the electrode leads of the battery cell. The terminal 170 can be used to connect external inputs or battery modules to each other. Normally, a component that is connected to an electrode lead to form an electrical wiring is called a bus bar, so a component that includes a coupling portion 160 and a terminal portion 170 may be called a bus bar, but unlike other bus bars, other than the coupling portion 160. In the present invention, the term "terminal bus bar" is used because the terminal portion 170 is further included in the terminal portion 170.

第1金属層162及び第2金属層166は、電気伝導性のよい金属を含み得る。例えば、アルミニウム、銅、ニッケル及びSUSのうち少なくとも一つを含み得る。第1金属層162及び第2金属層166は、既存のバスバー材料として用いられる多様な材料を用い得る。第1金属層162及び第2金属層166は、互いに同じ種類であっても、異なる種類であってもよい。 The first metal layer 162 and the second metal layer 166 may contain a metal having good electrical conductivity. For example, it may contain at least one of aluminum, copper, nickel and SUS. As the first metal layer 162 and the second metal layer 166, various materials used as existing busbar materials can be used. The first metal layer 162 and the second metal layer 166 may be of the same type or different types from each other.

第1金属層162及び第2金属層166の間に挟まれた物質層164は、所定の温度以上で分解されてガスを発生させることで抵抗を増加させるガス発生材料を含んでいる。望ましくは、物質層164は、このようなガス発生材料と導電性物質及び接着剤を含んでいる。接着剤によって導電性物質が互いに接続及び固定されており、ガス発生材料でガスが発生したとき、導電性物質の接続が解除されて抵抗が増加し得る。ガス発生材料は、体積膨張樹脂であり得る。 The substance layer 164 sandwiched between the first metal layer 162 and the second metal layer 166 contains a gas generating material that increases resistance by being decomposed at a predetermined temperature or higher to generate gas. Desirably, the material layer 164 contains such a gas generating material and a conductive material and an adhesive. The conductive substances are connected and fixed to each other by the adhesive, and when gas is generated in the gas generating material, the conductive substances can be disconnected and the resistance can be increased. The gas generating material can be a volume expansion resin.

ガス発生材料は、体積膨張樹脂の一種であるメラミンシアヌレート(Melamine Cyanurate)であることが望ましい。メラミンシアヌレートは、窒素とリンが結合した窒素-リン系の難燃成分として使われる物質であって、多様なメーカーから平均粒径の大きさが数十μm水準である原料状態で入手できる。 The gas generating material is preferably melamine cyanurate, which is a kind of volume expansion resin. Melamine cyanurate is a substance used as a nitrogen-phosphorus flame-retardant component in which nitrogen and phosphorus are combined, and can be obtained from various manufacturers in a raw material state having an average particle size of several tens of μm.

通常、難燃用途に使用されるメラミンシアヌレートは、温度が約300℃を超過する吸熱分解を経る。メラミンシアヌレートは、メラミン及びシアヌル酸に分解される。気化したメラミンは非活性窒素ガスを放出する。メラミンシアヌレートの分子量を調節すると、分解温度を調節することができる。メラミンシアヌレートの構造式は、以下のようである。
[構造式]

Figure 2022533015000002
Melamine cyanurate, commonly used in flame-retardant applications, undergoes endothermic decomposition at temperatures above about 300 ° C. Melamine cyanurate is decomposed into melamine and cyanuric acid. Vaporized melamine releases inactive nitrogen gas. By adjusting the molecular weight of melamine cyanurate, the decomposition temperature can be adjusted. The structural formula of melamine cyanurate is as follows.
[Structural formula]
Figure 2022533015000002

導電性物質は、導電性を有するものであれば、特に制限されない。例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛;カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類;炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維;フッ化カーボン、アルミニウム、銀、ニッケル粉末などの金属粉末;酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウイスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使われ得る。 The conductive substance is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon blacks such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black; conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon dioxide, aluminum, silver and nickel powders; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used.

接着剤は、ガス発生材料と導電性物質などの結合と第1金属層162及び第2金属層166に対する結合に助かる成分である。このような接着剤の例には、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース(CMC)、でん粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン-ジエンモノマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。 The adhesive is a component that helps bond the gas generating material to the conductive substance or the like and bond to the first metal layer 162 and the second metal layer 166. Examples of such adhesives include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer ( EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluororubber, various copolymers and the like.

異常状況によって所定の温度以上に上昇時、例えば、300℃以上に上昇時、第1金属層162と第2金属層166との間に介在された物質層164でメラミンシアヌレートが分解されてNガスが発生する。これによって、物質層164は、抵抗が増加して抵抗層として機能するようになる。 When the temperature rises above a predetermined temperature due to an abnormal situation, for example, when the temperature rises above 300 ° C., melamine cyanurate is decomposed in the substance layer 164 interposed between the first metal layer 162 and the second metal layer 166. 2 Gas is generated. As a result, the material layer 164 has increased resistance and functions as a resistance layer.

このようなターミナルバスバー150を製造する方法は、次のような段階を含み得る。先ず、第1金属層162が端子部170と一体型であり、断面がL字形である金属部材Mを準備する。全体的な厚さを厚さTにするために、金属部材Mは、端子部170に比べて第1金属層162が薄く設けられ得る。このような金属部材Mは、金属板材を加工して作ることができる。その後、第1金属層162の上に物質層164を形成する。そして、物質層164の上に第2金属層166を積層する。物質層164と第2金属層166の厚さは、これらを第1金属層162の上に積層したときに全体的に厚さTを満たすように各々設定され得る。 The method of manufacturing such a terminal bus bar 150 may include the following steps. First, a metal member M in which the first metal layer 162 is integrated with the terminal portion 170 and has an L-shaped cross section is prepared. In order to make the overall thickness T, the metal member M may be provided with the first metal layer 162 thinner than the terminal portion 170. Such a metal member M can be made by processing a metal plate material. After that, the material layer 164 is formed on the first metal layer 162. Then, the second metal layer 166 is laminated on the material layer 164. The thickness of the material layer 164 and the second metal layer 166 can be set so as to satisfy the thickness T as a whole when these are laminated on the first metal layer 162.

物質層164を前記ガス発生材料と導電性物質及び接着剤を含んでいるものに形成すると、物質層164の上に第2金属層166を積層した後、押し付ける段階をさらに含み得る。 When the substance layer 164 is formed to contain the gas generating material, the conductive substance, and the adhesive, the step of laminating the second metal layer 166 on the substance layer 164 and then pressing the substance layer 164 may be further included.

物質層164は、前記ガス発生材料と導電性物質及び接着剤を混合したペースト(paste)或いはスラリー(slurry)を第1金属層162の上に塗布して形成し得る。その上に第2金属層166を配置して上方から下方へ押し付けると、二つの金属層162、166の間に物質層164が挟まれたターミナルバスバー150が得られる。必要に応じて、熱処理をさらに施してもよい。 The substance layer 164 can be formed by applying a paste or slurry, which is a mixture of the gas generating material, a conductive substance, and an adhesive, onto the first metal layer 162. When the second metal layer 166 is arranged on the second metal layer 166 and pressed downward from above, a terminal bus bar 150 in which the material layer 164 is sandwiched between the two metal layers 162 and 166 is obtained. If necessary, further heat treatment may be performed.

結合部160の厚さTは、既存のバスバーの厚さと同一にし得る。第1金属層162及び第2金属層166も、既存のバスバーの材質と同一にし得る。物質層164の常時の電気伝導度は、物質層164中の導電性物質を既存のバスバー材質と同一にするか、またはより高くすることで、既存のバスバーの電気伝導度と類似にすることができる。 The thickness T of the joint 160 may be the same as the thickness of the existing busbar. The first metal layer 162 and the second metal layer 166 can also be made of the same material as the existing bus bar. The constant electrical conductivity of the material layer 164 can be made similar to the electrical conductivity of the existing busbar by making the conductive material in the material layer 164 the same as or higher than the existing busbar material. can.

したがって、正常な状況では、ターミナルバスバー150中の物質層164の導電性が維持されて既存のバスバーを使用する場合と類似なバッテリーモジュールの性能を発現できる。異常状況によって所定の温度以上に上昇するときには、物質層164の抵抗が増加するため、電流の流れを遮断できる程度になる。これによって、温度が上昇すると、物質層164が抵抗として機能して電流を遮断するので、これを含んで製造されたバッテリーモジュールにおいては、安全性を向上させることができる。 Therefore, under normal circumstances, the conductivity of the material layer 164 in the terminal bus bar 150 can be maintained to exhibit battery module performance similar to that of using an existing bus bar. When the temperature rises above a predetermined temperature due to an abnormal situation, the resistance of the material layer 164 increases, so that the current flow can be cut off. As a result, when the temperature rises, the material layer 164 functions as a resistance to cut off the current, so that the safety of the battery module manufactured including the material layer 164 can be improved.

図3に示したターミナルバスバー150’は、基本的に図2のターミナルバスバー150と同様である。このターミナルバスバー150’は、結合部160に電極リードが貫通する貫通口168がさらに形成されている。貫通口168の個数は、電極リードの個数や連結方法によって変わり得る。端子部170には、孔172がさらに形成されている。孔172は、外部入力またはバッテリーモジュール同士を接続するのに用いられる。接続方法によって孔172の個数は変わり得る。 The terminal bus bar 150'shown in FIG. 3 is basically the same as the terminal bus bar 150 of FIG. The terminal bus bar 150'is further formed with a through port 168 through which the electrode lead penetrates at the coupling portion 160. The number of through holes 168 can vary depending on the number of electrode leads and the connecting method. A hole 172 is further formed in the terminal portion 170. Hole 172 is used to connect external inputs or battery modules to each other. The number of holes 172 may vary depending on the connection method.

このように本発明で提供するターミナルバスバー(150または150’)は、電極リードが溶接などによって接続する部分(バスバーの長軸ともいえる。)を金属/体積膨張樹脂+導電性物質+接着剤/金属の3層構造にする。正常な状況では、ターミナルバスバーと電極リードとの間に電流が流れ得るが、高温では、体積膨張樹脂+導電性物質+接着剤の部分で体積膨張樹脂が体積膨張しながら導電性物質同士の間を開けて抵抗が増加するようになる。このため、ターミナルバスバーと電極リードとの抵抗が大きくなり、電流の流れが難しくなる。このように、異常温度では、ターミナルバスバーを介して電流が流れないため、これを含むバッテリーモジュールの安全性が向上する。 As described above, in the terminal bus bar (150 or 150') provided in the present invention, the portion where the electrode leads are connected by welding or the like (which can be said to be the long axis of the bus bar) is metal / volume expansion resin + conductive substance + adhesive /. It has a three-layer structure of metal. Under normal conditions, an electric current can flow between the terminal bus bar and the electrode leads, but at high temperatures, the volume expansion resin expands in volume at the volume expansion resin + conductive substance + adhesive, and between the conductive substances. Open and resistance will increase. Therefore, the resistance between the terminal bus bar and the electrode lead becomes large, and the current flow becomes difficult. As described above, since the current does not flow through the terminal bus bar at the abnormal temperature, the safety of the battery module including the current does not flow, and the safety of the battery module including the current does not flow.

図4は、本発明の他の実施例によるターミナルバスバーを含むバッテリーモジュールを概略的に示す。図5は、図4のバッテリーモジュールに含まれるターミナルバスバー部分の正面図であり、図6は、図5のVI-VI’による断面図である。図7は、図4のバッテリーモジュールに含まれるバスバー部分の正面図である。 FIG. 4 schematically shows a battery module including a terminal busbar according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a front view of the terminal bus bar portion included in the battery module of FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI'of FIG. FIG. 7 is a front view of the bus bar portion included in the battery module of FIG.

図4のバッテリーモジュール1000は、4P3S接続例を示す。即ち、4個のバッテリーセル210を並列(P)接続したセルバンク211三つを直列(S)接続したものである。バッテリーセル210の各々は、前記図1に示したようなパウチ型バッテリーセルであり得る。4P3Sはあくまでも例示であり、本発明のバッテリーモジュールを限定しない。 The battery module 1000 of FIG. 4 shows a 4P3S connection example. That is, three cell banks 211 in which four battery cells 210 are connected in parallel (P) are connected in series (S). Each of the battery cells 210 can be a pouch-type battery cell as shown in FIG. 4P3S is merely an example and does not limit the battery module of the present invention.

バッテリーセル210は二次電池であって、パウチケース230の外部へ引き出された二つの電極リード240を備える。電極リード240は、電気的極性によって正極(+)リードと負極(-)リードに分けられ、パウチケース230内に密封されている電極組立体(図示せず)に電気的に接続している。即ち、正極リードは電極組立体の正極板に、負極リードは電極組立体の負極板に電気的に接続している。このようにバッテリーセル210は、反対極性の電極リード240の一端部が両端に各々接続した電極組立体がパウチケース230に電解液と共に収納され密封された構造を有し、電極リード240の他端部がパウチケース230の外部に露出しているパウチ型二次電池である。 The battery cell 210 is a secondary battery and includes two electrode leads 240 drawn out of the pouch case 230. The electrode lead 240 is divided into a positive electrode (+) lead and a negative electrode (−) lead according to the electrical polarity, and is electrically connected to an electrode assembly (not shown) sealed in the pouch case 230. That is, the positive electrode lead is electrically connected to the positive electrode plate of the electrode assembly, and the negative electrode lead is electrically connected to the negative electrode plate of the electrode assembly. As described above, the battery cell 210 has a structure in which an electrode assembly in which one end of an electrode lead 240 having opposite polarity is connected to both ends is housed in a pouch case 230 together with an electrolytic solution and sealed, and the other end of the electrode lead 240. This is a pouch-type secondary battery whose part is exposed to the outside of the pouch case 230.

バッテリーセル210は、その両端から電極リード240が突出している。並列接続するセルバンク211内では、これらの電極リード240は互いに同じ極性が同じ方向に位置するように積層されている。そして、セルバンク211の間では互いに反対極性になるように積層されている。電極リード240の接続方式は多様であるが、図4~図7では、電極リード240の他端部を左側または右側へ折られた形態で折り曲げて扁平な接触面を提供するようにした後、これをバスバー290またはターミナルバスバー150’と互いに重ねて溶接で接続する構成を示している。 Electrode leads 240 project from both ends of the battery cell 210. In the cell bank 211 connected in parallel, these electrode leads 240 are laminated so that they have the same polarity and are located in the same direction. Then, they are laminated so as to have opposite polarities between the cell banks 211. There are various connection methods for the electrode leads 240, but in FIGS. 4 to 7, the other end of the electrode leads 240 is bent to the left or right to provide a flat contact surface. A configuration is shown in which this is overlapped with the bus bar 290 or the terminal bus bar 150'and connected by welding.

図4~図7を参照すれば、ターミナルバスバー150’は、一つのセルバンク211内で同じ極性の電極リード240同士を接続するようになる。バスバー290は、二つのセルバンク211の間で異なる極性の電極リード240同士を接続する。本実施例において、ターミナルバスバー150’とバスバー290は各々二つずつ備えられる。 Referring to FIGS. 4 to 7, the terminal bus bar 150'connects electrode leads 240 having the same polarity in one cell bank 211. The bus bar 290 connects electrode leads 240 having different polarities between the two cell banks 211. In this embodiment, two terminal bus bars 150'and two bus bars 290 are provided.

各電極リード240の折り曲げられた部位の間に、ターミナルバスバー150’とバスバー290がバッテリーセル210の積層方向と平行に配置されて電極リード240と接続している。接続方法は、当業界における通常の方法によって行われ得る。例えば、超音波溶接、レーザー溶接によって結合及び接続し得るが、これに限定されない。 The terminal bus bar 150'and the bus bar 290 are arranged parallel to the stacking direction of the battery cells 210 and connected to the electrode leads 240 between the bent portions of the electrode leads 240. The connection method may be the usual method in the industry. For example, they can be joined and connected by ultrasonic welding, laser welding, but not limited to this.

ターミナルバスバー150’とバスバー290には、電極リード240が貫く貫通口168、296が形成されている。ターミナルバスバー150’については、図2及び図3を参照した説明を代わりにする。 The terminal bus bar 150'and the bus bar 290 are formed with through ports 168 and 296 through which the electrode leads 240 penetrate. For the terminal bus bar 150', the description with reference to FIGS. 2 and 3 is substituted.

ターミナルバスバー150’の正面図である図5及びバスバー290の正面図である図7を見れば、貫通口168、296は、ほぼO型となっている。中央に形成された貫通口168、296を通して電極リード240が貫通して折り曲げられた後、電極リード240とバスバー150’、290との溶接がバスバー150’、290の長軸に沿って線状に行われる。 Looking at FIG. 5 which is a front view of the terminal bus bar 150'and FIG. 7 which is a front view of the bus bar 290, the through holes 168 and 296 are substantially O-shaped. After the electrode lead 240 penetrates and is bent through the through hole 168 and 296 formed in the center, the welding between the electrode lead 240 and the bus bar 150'290 is linear along the long axis of the bus bar 150' and 290. Will be done.

特に、図4及び図5に示したように、一つのターミナルバスバー150’の結合部160のうち第2金属層166に4個の電極リード240が結合し得る。このように、一つのターミナルバスバー150’の結合部160に4個の電極リード240が結合する場合、4個の電極リード240のうち二つは、互いに積層された状態で貫通口168を貫通して左側へ折り曲げられて結合部160の左側に接続し、残りの二つの電極リード240は、左側へ折り曲げられて結合部160の右側に接続し得る。 In particular, as shown in FIGS. 4 and 5, four electrode leads 240 may be coupled to the second metal layer 166 of the coupling portion 160 of one terminal bus bar 150'. In this way, when four electrode leads 240 are coupled to the coupling portion 160 of one terminal bus bar 150', two of the four electrode leads 240 penetrate through the through port 168 in a state of being laminated with each other. Can be bent to the left and connected to the left side of the coupling 160, and the remaining two electrode leads 240 can be bent to the left and connected to the right side of the coupling 160.

この際、4個の電極リード240は、相異なる4個のバッテリーセル210に各々備えられたものであって、互いに同じ極性を有する。例えば、図4の右側上端のターミナルバスバー150’に接続した電極リード240は、全て正極リードである。したがって、図4の右側上端のターミナルバスバー150’は、正極ターミナルバスバーといえる。図4の左側下端のターミナルバスバー150’に接続した電極リード240は、全て負極リードである。したがって、図4の左側下端のターミナルバスバー150’は、負極ターミナルバスバーといえる。 At this time, the four electrode leads 240 are provided in the four different battery cells 210, and have the same polarity as each other. For example, the electrode leads 240 connected to the terminal bus bar 150'at the upper right end of FIG. 4 are all positive electrode leads. Therefore, the terminal bus bar 150'at the upper right end of FIG. 4 can be said to be a positive electrode terminal bus bar. The electrode leads 240 connected to the terminal bus bar 150'at the lower left end of FIG. 4 are all negative electrode leads. Therefore, the terminal bus bar 150'at the lower left end of FIG. 4 can be said to be a negative electrode terminal bus bar.

図4及び図7を参照すれば、一つのバスバー290には8個の電極リード240が結合し得る。このように、一つのバスバー290に8個の電極リード240が結合する場合、8個の電極リード240のうち二つは互いに積層された状態で右側へ折り曲げられてバスバー290の左側に接続し、他の二つは、互いに積層された状態で二つの貫通口296のうち左側の貫通口296を貫通して右側へ折り曲げられてバスバー290の中央部の左側に接続する。さらに他の二つは、互いに積層された状態で二つの貫通口のうち右側の貫通口296を貫通して左側へ折り曲げられてバスバー290の中央部の右側に接続する。残りの二つの電極リード240は、左側へ折り曲げられてバスバー290の右側に接続する。 With reference to FIGS. 4 and 7, eight electrode leads 240 may be coupled to one bus bar 290. In this way, when eight electrode leads 240 are coupled to one bus bar 290, two of the eight electrode leads 240 are bent to the right in a state of being laminated with each other and connected to the left side of the bus bar 290. The other two, in a state of being stacked on each other, pass through the left through hole 296 of the two through holes 296, are bent to the right, and are connected to the left side of the central portion of the bus bar 290. Further, the other two are laminated to each other, pass through the right through hole 296 of the two through ports, are bent to the left side, and are connected to the right side of the central portion of the bus bar 290. The remaining two electrode leads 240 are bent to the left and connected to the right side of the bus bar 290.

この際、8個の電極リード240は、相異なる8個のバッテリーセル210に各々備えられたものであって、左側の4個は互いに同じ極性を有し、右側の4個はこれらとは異なる極性を有する。例えば、バスバー290に接続した電極リード240は、正極リード4個と負極リード4個である。 At this time, the eight electrode leads 240 are provided in eight different battery cells 210, respectively, the four on the left side have the same polarity as each other, and the four on the right side are different from these. Has polarity. For example, the electrode leads 240 connected to the bus bar 290 are four positive electrode leads and four negative electrode leads.

図6を参照して、特に本発明のターミナルバスバー150’を経由する電流の流れ経路について詳しく説明する。図6を参照すれば、バッテリーモジュール(図4の1000)の外部から前記バッテリーモジュール1000への電流の流れ経路は、ターミナルバスバー150’の端子部170、第1金属層162、物質層164、第2金属層166を経て電極リード240の順に設けられる。前述したように、物質層164は、常時には導電性であるが、温度が上昇すると、抵抗として機能する材料である。異常状況によって所定の温度以上に上昇したとき、例えば、300℃以上に上昇したとき、物質層164でメラミンシアヌレートが分解されてNガスが発生する。これによって、物質層164は、抵抗が増加して抵抗層として機能するようになる。また、体積膨張によって電気的接続を切る役割を果たすこともできる。 In particular, the current flow path through the terminal bus bar 150'of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Referring to FIG. 6, the current flow path from the outside of the battery module (1000 in FIG. 4) to the battery module 1000 is the terminal portion 170 of the terminal bus bar 150', the first metal layer 162, the material layer 164, and the first. The electrode leads 240 are provided in this order via the two metal layers 166. As described above, the material layer 164 is a material that is always conductive, but functions as a resistance when the temperature rises. When the temperature rises above a predetermined temperature due to an abnormal situation, for example, when the temperature rises above 300 ° C., melamine cyanurate is decomposed in the substance layer 164 to generate N2 gas. As a result, the material layer 164 has increased resistance and functions as a resistance layer. It can also play a role in disconnecting electrical connections by volume expansion.

したがって、正常な状況では、ターミナルバスバー150’中の物質層164の導電性が維持され、既存のバスバーと類似なバッテリーモジュール性能を発現できる。異常状況によって所定の温度以上に上昇するときには、物質層164の抵抗が増加するため、端子部170、第1金属層162まで流れて来た電流が物質層164を経て第2金属層166まで流れにくくなる。したがって、電極リード240への電流の流れを遮断できることになる。これによって、温度が上昇すると、物質層164が抵抗として機能して電流を遮断できる。したがって、二次電池保護回路が動作しない場合でも、電流の流れを遮断してこれ以上電流が流れないようにすること、例えば、充電されないようにすることが可能となり、バッテリーモジュール1000の安全性を高めることができる。このように本発明のバッテリーモジュール1000は、ターミナルバスバーを改善することで温度上昇時に自動で電流の流れを遮断する手段を具現するので、二次電池保護回路の過充電防止機能と共に二重でバッテリーモジュール1000の安全性を確保することができる効果も奏する。バスバー290ではなくターミナルバスバー150’をこのように構成するによって、バッテリーモジュール1000への電流の流れが外部から根本的に遮断されるか、または他のバッテリーモジュールから根本的に遮断される。 Therefore, under normal conditions, the conductivity of the material layer 164 in the terminal bus bar 150'is maintained and battery module performance similar to that of existing bus bars can be exhibited. When the temperature rises above a predetermined temperature due to an abnormal situation, the resistance of the material layer 164 increases, so that the current flowing to the terminal portion 170 and the first metal layer 162 flows to the second metal layer 166 via the material layer 164. It becomes difficult. Therefore, the flow of current to the electrode lead 240 can be cut off. As a result, when the temperature rises, the material layer 164 functions as a resistance and can cut off the current. Therefore, even if the secondary battery protection circuit does not operate, it is possible to cut off the current flow to prevent further current flow, for example, to prevent charging, and to improve the safety of the battery module 1000. Can be enhanced. As described above, the battery module 1000 of the present invention embodies a means for automatically shutting off the current flow when the temperature rises by improving the terminal bus bar. Therefore, the battery module 1000 has a dual battery with an overcharge prevention function of the secondary battery protection circuit. It also has the effect of ensuring the safety of the module 1000. By configuring the terminal bus bar 150'rather than the bus bar 290 in this way, the flow of current to the battery module 1000 is fundamentally cut off from the outside or from other battery modules.

リチウム二次電池の温度が急激に上昇して安全性を低下させる代表的な原因としては短絡電流の発生が挙げられ、複数のバッテリーセルが接続したバッテリーモジュール或いはバッテリーパックの安全性の面で短絡時における安全性を確保することが非常に重要である。短絡抵抗が低いほど高い短絡電流が流れて大きい熱が発生するようになり、バッテリーセルが耐えられない場合、発火が発生するようになる。短絡抵抗が非常に低いとき、たまに安全な結果を得ることもあるが、これは、高電流が流れながら発生した熱が660℃を超過しながら電極リードが溶け、それによって電流の流れが切れて安全性を確保した場合である。発生した温度がこれより低い温度である場合、電極リードが溶けず、電流の流れは持続しながら高熱が蓄積されてバッテリーセルが耐えられず、発火が発生するようになる。一方、正常な状況でも高電流が流れる場合がある。電気車で急速充電や急加速、始動などの状況時、バッテリーモジュールに大きい電流が流れるようになり、これによって電極リードに高温が発生するようになる。このような正常状況では電流の遮断動作が行われてはいけない。これを防止するために、約250℃以上の温度で電流の流れを遮断することが必要である。 A typical cause of a sudden rise in the temperature of a lithium secondary battery and a decrease in safety is the generation of a short-circuit current, which is short-circuited in terms of the safety of a battery module or battery pack in which multiple battery cells are connected. Ensuring time safety is very important. The lower the short-circuit resistance, the higher the short-circuit current will flow and a large amount of heat will be generated, and if the battery cell cannot withstand it, ignition will occur. Sometimes safe results are obtained when the short circuit resistance is very low, but this is because the heat generated while the high current is flowing exceeds 660 ° C and the electrode leads are melted, which cuts off the current flow. This is the case when safety is ensured. If the generated temperature is lower than this, the electrode leads will not melt, high heat will be accumulated while the current flow continues, the battery cell will not be able to withstand, and ignition will occur. On the other hand, a high current may flow even under normal conditions. During situations such as rapid charging, rapid acceleration, and starting in an electric vehicle, a large current will flow through the battery module, which will cause high temperatures in the electrode leads. Under such a normal situation, the current cutoff operation should not be performed. In order to prevent this, it is necessary to cut off the current flow at a temperature of about 250 ° C. or higher.

本実施例において、バッテリーモジュール1000が約300℃に到達したとき、ターミナルバスバー150’の物質層164でガスが発生して物質層164の抵抗が増加するようにする。これによって、正常な高電流範囲では作動せず、実際に短絡が発生してそれ以上の温度に過熱するときのみに作動し、それによる火事、爆発などに対する安全性を確保することができる。また、他の安全性改善用の装置であるPTC素子やヒューズのようにモジュール内で空間を占めないため、エネルギー密度を減少させないという長所がある。 In this embodiment, when the battery module 1000 reaches about 300 ° C., gas is generated in the material layer 164 of the terminal bus bar 150'so that the resistance of the material layer 164 increases. As a result, it does not operate in the normal high current range, but operates only when a short circuit actually occurs and overheats to a temperature higher than that, so that safety against fire, explosion, etc. due to the short circuit can be ensured. Further, unlike other safety improving devices such as PTC elements and fuses, it does not occupy space in the module, so that it has an advantage that the energy density is not reduced.

本発明によるバッテリーモジュール1000は、優れた安全性を有するため、高温安定性及び長いサイクル特性と高いレート特性などが要求される中・大型装置の電源としての使用にも適している。前記中・大型装置の望ましい例には、電気的モーターから動力を受けて動くパワーツール(power tool);EV、HEV、PHEVなどを含む電気車;電気自転車(E-bike)、電気スクーター(E-scooter)を含む電気二輪車;電気ゴルフカート(electric golf cart);及びESSなどが挙げられるが、これらに限定されない。 Since the battery module 1000 according to the present invention has excellent safety, it is also suitable for use as a power source for medium- and large-sized devices that require high-temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics. Desirable examples of the medium- and large-sized devices are power tools that are powered by electric motors; electric vehicles including EVs, HEVs, PHEVs, etc .; electric bicycles (E-bikes), electric scooters (E). -Scooters, including, but not limited to, electric motorcycles; electric golf carts; and ESS.

ターミナルバスバー150’とバスバー290は、多様な電気的接続関係を具現するために、形態、大きさがいくらでも変わり得る。そして、ターミナルバスバー150’とバスバー290が単独で用いられるよりは、配線関係を考慮してプラスチック材質からなるフレームの上に組み合わせられたICB組立体といった部品としてバッテリーモジュールの製造工程に適用される。フレームの形態とフレームに組み合わせられるバスバーの形態は、バッテリーモジュールの接続関係によって多様である。したがって、本発明の多様な変形例が可能であるということを当業者であれば、分かるであろう。 The terminal bus bar 150'and the bus bar 290 can vary in form and size in order to embody various electrical connection relationships. Rather than using the terminal bus bar 150'and the bus bar 290 alone, they are applied to the battery module manufacturing process as parts such as an ICB assembly combined on a frame made of a plastic material in consideration of wiring. The form of the frame and the form of the bus bar combined with the frame vary depending on the connection relationship of the battery modules. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various variations of the present invention are possible.

図8には、実験的に製造したICB組立体の写真を示した。 FIG. 8 shows a photograph of an experimentally manufactured ICB assembly.

ICB組立体300は、フレーム310、バスバー290及びターミナルバスバー150’を含む。 The ICB assembly 300 includes a frame 310, a bus bar 290 and a terminal bus bar 150'.

ターミナルバスバー150’は、フレーム310にピアシングなどによって固定可能であるため、本発明で提示するように第1金属層162と第2金属層166との間に平面的に体積膨張樹脂+導電性物質+接着剤のような物質層164を介在させても、体積膨張樹脂+導電性物質+接着剤と第1金属層162との間、体積膨張樹脂+導電性物質+接着剤と第2金属層166との間が滑るか、または分離される問題は発生しない。 Since the terminal bus bar 150'can be fixed to the frame 310 by piercing or the like, as presented in the present invention, the volume expansion resin + conductive substance is planarly formed between the first metal layer 162 and the second metal layer 166. Even if a substance layer 164 such as + adhesive is interposed, the volume expansion resin + conductive substance + adhesive and the first metal layer 162, the volume expansion resin + conductive substance + adhesive and the second metal layer There is no problem of slipping or separating from 166.

このように、本発明によれば、バッテリーモジュールのターミナルバスバーの改善によって安全性が向上できる。既存のバスバーの代わりに本発明によるターミナルバスバー150’を用いてバッテリーモジュール1000を製造するだけで、安定性が向上し、既存のバッテリーセルの製造工程をそのまま用いるため、工程の変更や量産プロセスに対して調整が不要であるということも長所である。 As described above, according to the present invention, the safety can be improved by improving the terminal bus bar of the battery module. By simply manufacturing the battery module 1000 using the terminal bus bar 150'according to the present invention instead of the existing bus bar, the stability is improved and the existing battery cell manufacturing process is used as it is, so that it can be used for process changes and mass production processes. On the other hand, there is no need for adjustment, which is also an advantage.

このように、本発明によれば、正常な状況では、ターミナルバスバー150’中の物質層164の導電性が維持され、既存のバッテリーモジュールと類似なバッテリーモジュール性能を発現しながらも、異常状況によって所定の温度以上に上昇時、電流の流れを遮断してバッテリーモジュール1000の安全性を向上させることができる。したがって、バッテリーモジュール1000、これを含むバッテリーパック、及びこのバッテリーパックを含む自動車の安全性を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, under normal conditions, the conductivity of the material layer 164 in the terminal bus bar 150'is maintained, and while exhibiting battery module performance similar to that of existing battery modules, depending on abnormal conditions. When the temperature rises above a predetermined temperature, the current flow can be cut off to improve the safety of the battery module 1000. Therefore, the safety of the battery module 1000, the battery pack including the battery module 1000, and the vehicle including the battery pack can be improved.

図9は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining a battery pack according to still another embodiment of the present invention.

バッテリーパック1200は、前述したようなバッテリーモジュール1000を二つ以上含む。インタバスバー1250は、隣接するバッテリーモジュール1000の間でターミナルバスバー150’の端子部170同士を接続する。即ち、インタバスバー1250は、二つ以上のバッテリーモジュール1000のうちいずれか一つのターミナルバスバー150’の端子部170と、バッテリーモジュール1000のうち他の一つのターミナルバスバー150’の端子部170とを接続してバッテリーモジュール1000同士を連結する。 The battery pack 1200 includes two or more battery modules 1000 as described above. The interbus bar 1250 connects the terminal portions 170 of the terminal bus bar 150'between the adjacent battery modules 1000. That is, the interbus bar 1250 connects the terminal portion 170 of the terminal bus bar 150'of any one of the two or more battery modules 1000 and the terminal portion 170 of the other terminal bus bar 150'of the battery module 1000. Then, the battery modules 1000 are connected to each other.

インタバスバー1250は、ターミナルバスバー150’の端子部170に隣接するプレート状であり得る。インタバスバー1250の形状を単純化するために、即ち、隣接するターミナルバスバー150’が最も近い距離に位置するように、バッテリーモジュール1000内におけるターミナルバスバー150’の位置は調整され得る。例えば、図9の例においては、図4のバッテリーモジュール1000が図9の下端に位置し、図4のバッテリーモジュール1000を左右対称で形成したバッテリーモジュールが図9の上端に位置するようにした例である。 The interbus bar 1250 may have a plate shape adjacent to the terminal portion 170 of the terminal bus bar 150'. The position of the terminal busbar 150'in the battery module 1000 can be adjusted to simplify the shape of the interbus bar 1250, i.e., so that the adjacent terminal busbar 150'is located at the closest distance. For example, in the example of FIG. 9, the battery module 1000 of FIG. 4 is located at the lower end of FIG. 9, and the battery module 1000 formed of the battery module 1000 of FIG. 4 symmetrically is located at the upper end of FIG. Is.

図9のような構造において、右側上端に位置するターミナルバスバー150’は、負極ターミナルバスバーである。このターミナルバスバー150’の端子部170には、外部入力のために外部端子と電気的に接続する負極ターミナルが設けられる。左側の中間部分に位置する二つのターミナルバスバー150’は、図面の上方から下方の順に、正極ターミナルバスバー、負極ターミナルバスバーである。これによって、インタバスバー1250は、相異なる極性の二つのターミナルバスバー150’同士を直列接続する。右側下端のターミナルバスバー150’は、正極ターミナルバスバーである。このターミナルバスバー150’の端子部170には、外部入力のために外部端子と電気的に接続する正極ターミナルが設けられる。 In the structure as shown in FIG. 9, the terminal bus bar 150'located at the upper right end is a negative electrode terminal bus bar. The terminal portion 170 of the terminal bus bar 150'is provided with a negative electrode terminal that is electrically connected to an external terminal for external input. The two terminal bus bars 150'located in the middle portion on the left side are a positive electrode terminal bus bar and a negative electrode terminal bus bar in this order from the top to the bottom of the drawing. As a result, the interbus bar 1250 connects two terminal bus bars 150'of different polarities in series. The terminal bus bar 150'at the lower right end is a positive electrode terminal bus bar. The terminal portion 170 of the terminal bus bar 150'is provided with a positive electrode terminal that is electrically connected to an external terminal for external input.

ターミナルバスバー150’とインタバスバー1250との接続は、ターミナルバスバー150’の端子部170に形成した孔172を用いるボルトとナットの締結方式であり得る。したがって、インタバスバー1250には、孔172に対応する位置にボルトとナット締結のための他の孔が設けられ得る。 The connection between the terminal bus bar 150'and the interbus bar 1250 may be a bolt-nut fastening method using a hole 172 formed in the terminal portion 170 of the terminal bus bar 150'. Therefore, the interbus bar 1250 may be provided with other holes for fastening bolts and nuts at positions corresponding to holes 172.

バッテリーパック1200は、バッテリーモジュール1000をパッケージングするパックケースをさらに含み得る。また、本発明によるバッテリーパック1200は、このようなバッテリーモジュール1000とパックケースの外に、バッテリーモジュール1000の充放電を制御するための各種装置、例えば、BMS(Battery Management System)、電流センサー、ヒューズなどがさらに含まれ得る。 The battery pack 1200 may further include a pack case for packaging the battery module 1000. Further, the battery pack 1200 according to the present invention includes various devices for controlling charging / discharging of the battery module 1000, for example, a BMS (Battery Management System), a current sensor, and a fuse, in addition to the battery module 1000 and the pack case. Etc. may be further included.

図10は、本発明のさらに他の実施例による自動車を説明するための図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining an automobile according to still another embodiment of the present invention.

このようなバッテリーパック1200は、自動車1300の燃料源として自動車1300に備えられ得る。例えば、バッテリーパック1200は、電気自動車、ハイブリッド自動車及びその他のバッテリーパック1200を燃料源として使用可能なその他の方式の自動車1300に備えられ得る。 Such a battery pack 1200 can be provided in the vehicle 1300 as a fuel source for the vehicle 1300. For example, the battery pack 1200 may be included in electric vehicles, hybrid vehicles and other types of vehicles 1300 that can use the battery pack 1200 as a fuel source.

望ましくは、自動車1300は電気自動車であり得る。バッテリーパック1200は、電気自動車のモーター1310に駆動力を提供して自動車1300を駆動する電気エネルギー源として使われ得る。この場合、バッテリーパック1200は、100V以上の高い公称電圧を有する。ハイブリッド自動車用の場合、270Vに合わせられている。 Desirably, the vehicle 1300 can be an electric vehicle. The battery pack 1200 can be used as an electrical energy source to drive the vehicle 1300 by providing driving force to the motor 1310 of the electric vehicle. In this case, the battery pack 1200 has a high nominal voltage of 100 V or higher. In the case of a hybrid vehicle, it is adjusted to 270V.

バッテリーパック1200は、モーター1310及び/または内燃機関の駆動によってインバーター1320によって充電または放電され得る。バッテリーパック1200は、ブレーキと結合した回生充電装置によって充電され得る。バッテリーパック1200は、インバーター1320を介して自動車1300のモーター1310に電気的に接続し得る。 The battery pack 1200 can be charged or discharged by the inverter 1320 by driving the motor 1310 and / or the internal combustion engine. The battery pack 1200 can be charged by a regenerative charging device combined with a brake. The battery pack 1200 may be electrically connected to the motor 1310 of the vehicle 1300 via the inverter 1320.

前述したように、バッテリーパック1200にはBMSも含まれている。BMSは、バッテリーパック1200内のバッテリーセルの状態を推定し、推定した状態情報を用いてバッテリーパック1200を管理する。例えば、バッテリーパック1200のSOC(State Of Charge)、SOH(State Of Health)、最大入出力電力許容量、出力電圧などのバッテリーパック1200の状態情報を推定して管理する。そして、このような状態情報を用いてバッテリーパック1200の充電または放電を制御し、ひいては、バッテリーパック1200の交替時期の推定も可能である。 As mentioned above, the battery pack 1200 also includes BMS. The BMS estimates the state of the battery cell in the battery pack 1200, and manages the battery pack 1200 by using the estimated state information. For example, the state information of the battery pack 1200 such as SOC (State Of Charge), SOH (State Of Health), maximum input / output power allowance, and output voltage of the battery pack 1200 is estimated and managed. Then, it is possible to control the charging or discharging of the battery pack 1200 by using such state information, and to estimate the replacement time of the battery pack 1200.

ECU1330は、自動車1300の状態を制御する電子的制御装置である。例えば、アクセル(accelerator)、ブレーキ、速度などの情報に基づいてトルク情報を決定し、モーター1310の出力がトルク情報に合わせて制御される。また、ECU1330は、BMSによって伝達されたバッテリーパック1200のSOC、SOHなどの状態情報に基づいてバッテリーパック1200が充電または放電するようにインバーター1320に制御信号を伝送する。インバーター1320は、ECU1330の制御信号に基づいてバッテリーパック1200が充電または放電されるようにする。モーター1310は、バッテリーパック1200の電気エネルギーを用いてECU1330から伝達される制御情報(例えば、トルク情報)に基づいて自動車1300を駆動する。 The ECU 1330 is an electronic control device that controls the state of the automobile 1300. For example, torque information is determined based on information such as accelerator, brake, and speed, and the output of the motor 1310 is controlled according to the torque information. Further, the ECU 1330 transmits a control signal to the inverter 1320 so that the battery pack 1200 is charged or discharged based on the state information such as SOC and SOH of the battery pack 1200 transmitted by the BMS. The inverter 1320 causes the battery pack 1200 to be charged or discharged based on the control signal of the ECU 1330. The motor 1310 uses the electric energy of the battery pack 1200 to drive the automobile 1300 based on the control information (for example, torque information) transmitted from the ECU 1330.

このような自動車1300は、本発明によるバッテリーパック1200を含み、バッテリーパック1200は、前述したように安全性が向上したバッテリーモジュール1000を含む。したがって、バッテリーパック1200の安定性が向上し、このようなバッテリーパック1200は、安定性に優れ、長期間の使用が可能であるため、これを含む自動車1300は安全であり、運用が容易である。 Such an automobile 1300 includes a battery pack 1200 according to the present invention, and the battery pack 1200 includes a battery module 1000 with improved safety as described above. Therefore, the stability of the battery pack 1200 is improved, and since such a battery pack 1200 is excellent in stability and can be used for a long period of time, the automobile 1300 including the battery pack 1200 is safe and easy to operate. ..

また、バッテリーパック1200は、自動車1300の他にも二次電池を用いるESS、BMSなど、その他の装置や器具及び設備などにも備えられ得る。 Further, the battery pack 1200 may be provided not only in the automobile 1300 but also in other devices, appliances and equipment such as ESS and BMS using a secondary battery.

このように、本実施例によるバッテリーパック1200と自動車1300のように、バッテリーパック1200を備える装置や器具及び設備は、前述したバッテリーモジュール1000を含むことから、前述したバッテリーモジュール100による長所を全て有するバッテリーパック1200及びこのようなバッテリーパック1200を備える自動車1300などの装置や器具及び設備などを具現することができる。 As described above, the devices, appliances and equipment provided with the battery pack 1200, such as the battery pack 1200 and the automobile 1300 according to the present embodiment, include the battery module 1000 described above, and thus have all the advantages of the battery module 100 described above. It is possible to embody devices, appliances and equipment such as a battery pack 1200 and an automobile 1300 equipped with such a battery pack 1200.

図4のようなバッテリーモジュールを実験室規模で製造し、本発明によるターミナルバスバーの電流遮断効果を検証した。 A battery module as shown in FIG. 4 was manufactured on a laboratory scale, and the current cutoff effect of the terminal bus bar according to the present invention was verified.

バッテリーモジュールを構成するバッテリーセルは、通常のパウチ型バッテリーセルの製造方法によって製造した。本発明によるターミナルバスバー150’のように順番に積層された第1金属層/常時には導電性であるが、温度が上昇すると、抵抗として機能する物質層/第2金属層を含むバスバーを用いたことを実施例にした。常時には導電性であるが、温度が上昇すると、抵抗として機能する物質層は、ガス発生材料と導電性物質及び接着剤を含むようにした。ガス発生材料はメラミンシアヌレートを用い、導電性物質は、銀(Ag)粉末を用い、接着剤はエポキシ樹脂を用いた。銀の含量は、約75~85wt%にした。 The battery cells constituting the battery module were manufactured by a normal pouch-type battery cell manufacturing method. A bus bar containing a first metal layer laminated in order like the terminal bus bar 150'according to the present invention / a substance layer which is always conductive but functions as a resistance when the temperature rises / a second metal layer was used. That was the example. The material layer, which is always conductive but acts as a resistance when the temperature rises, contains a gas generating material, a conductive material and an adhesive. Melamine cyanurate was used as the gas generating material, silver (Ag) powder was used as the conductive substance, and epoxy resin was used as the adhesive. The silver content was about 75-85 wt%.

一つの金属層のみからなるバスバーを用いたことを比較例1にした。第1金属層及び第2金属層がシルバーエポキシ樹脂で接着された状態となったバスバーを用いたことを比較例2にした。第1金属層及び第2金属層の材質と比較例 1のバスバーの材質は、同一にした。実施例と比較例1、2のバスバーの大きさは全て同一にした。 Comparative Example 1 was the use of a bus bar composed of only one metal layer. In Comparative Example 2, a bus bar in which the first metal layer and the second metal layer were adhered with a silver epoxy resin was used. The materials of the first metal layer and the second metal layer and the material of the bus bar of Comparative Example 1 were the same. The sizes of the bus bars of Examples and Comparative Examples 1 and 2 were all the same.

図11は、実験に使用したバッテリーモジュールの時間による抵抗と温度を示したグラフである。バッテリーモジュールに600Aの過電流を印加しながら、時間による抵抗と温度変化を測定した。過電流の印加は、1000A級の充放電器を使用し、データ測定はデータロガーを用いた。温度は、バッテリーモジュールのバスバー部位を測定した。 FIG. 11 is a graph showing the resistance and temperature of the battery module used in the experiment with time. The resistance and temperature change with time were measured while applying an overcurrent of 600 A to the battery module. A 1000A class charger / discharger was used to apply the overcurrent, and a data logger was used to measure the data. The temperature was measured at the bus bar part of the battery module.

図11を参照すると、比較例1は、時間が経過するにつれ、温度がほぼ線形的に増加して30秒が過ぎた時点で60℃に近く、そのうちに抵抗が次第に増加するが、バスバーを介した電流は流れ続けていることを示す。比較例2の場合、時間が経過するにつれ、比較例1よりも温度が急上昇して30秒が経過した時点で110℃に到ることを確認することができる。比較例2の抵抗は、比較例1より若干大きい程度を維持したままで次第に増加するが、バスバーを介した電流は流れ続け、過電流の遮断効果はないことが確認される。 Referring to FIG. 11, in Comparative Example 1, as time passed, the temperature increased almost linearly, and after 30 seconds, the temperature was close to 60 ° C., and the resistance gradually increased, but through the bus bar. It shows that the generated current continues to flow. In the case of Comparative Example 2, it can be confirmed that as time elapses, the temperature rises more rapidly than that of Comparative Example 1 and reaches 110 ° C. when 30 seconds have passed. It is confirmed that the resistance of Comparative Example 2 gradually increases while maintaining a slightly larger degree than that of Comparative Example 1, but the current continues to flow through the bus bar and there is no effect of interrupting the overcurrent.

実施例を見れば、8秒が経過した時点に急激な抵抗増加を示し、その後に抵抗が0として測定されたことから、過電流が遮断されて抵抗測定が不可になったことが分かる。温度の増加による抵抗の増減が示されるだけでなく、特定温度で抵抗が急激に増加する温度特性を示していることから、本発明によるバスバーは、PTCバスバーと呼んでも良いほどである。このように、本発明によると、特定時点でバスバーの抵抗が急激に増加して過電流遮断効果が発生することが確認された。図12a、図12b、図13a及び図13bは、実験に使用したバッテリーモジュールの外部短絡試験の結果である。図12a及び12bは、比較例1の場合であり、図13a及び13bは、本発明の実施例の場合である。外部短絡試験は、バッテリーモジュールに抵抗値を知っているシャント抵抗を並列接続し、大きい電流を流して短絡させながらシャント抵抗にかかったシャント電圧を測定して電流を計算する方式で行われた。試験中にセル電圧も測定し、バスバー、正極、負極及びセル中心部の温度も測定した。データの測定は、前記と同様にデータロガーを用いた。 Looking at the examples, it can be seen that the overcurrent was cut off and the resistance measurement became impossible because the resistance increased sharply when 8 seconds had passed and the resistance was measured as 0 thereafter. The busbar according to the present invention can be called a PTC busbar because it not only shows an increase or decrease in resistance due to an increase in temperature but also shows a temperature characteristic in which resistance rapidly increases at a specific temperature. As described above, according to the present invention, it was confirmed that the resistance of the bus bar rapidly increases at a specific time point to generate an overcurrent cutoff effect. 12a, 12b, 13a and 13b are the results of an external short circuit test of the battery module used in the experiment. 12a and 12b are the cases of Comparative Example 1, and FIGS. 13a and 13b are the cases of the examples of the present invention. The external short-circuit test was performed by connecting a shunt resistor whose resistance value is known to the battery module in parallel, and measuring the shunt voltage applied to the shunt resistor while short-circuiting by passing a large current to calculate the current. The cell voltage was also measured during the test, and the temperatures of the bus bar, positive electrode, negative electrode and cell center were also measured. The data was measured using a data logger in the same manner as described above.

図12a及び図13aは、時間による電圧、温度、電流グラフであり、図12b及び図13bは、外部短絡が起こった時点における部分を拡大してシャント電圧と電流を示したものである。 12a and 13a are voltage, temperature, and current graphs over time, and FIGS. 12b and 13b show the shunt voltage and current by enlarging the portion at the time when the external short circuit occurs.

図12a及び図13aは、いずれも電流印加後10分になる時点で強制で外部短絡を起こした結果を示す。時間経過によって、図12aの比較例1の場合は、セル電圧が3.15Vまで回復されるが、図13aの実施例の場合は、セル電圧が4.25Vまで回復される。比較例1において、1.1V程度が回復されなかったことは、電流が完全に遮断されなかったことを示唆する。実際に、外部短絡時点のシャント電圧と電流を示す図12bを見ると、比較例1の場合、外部短絡の後に300A以上の電流が流れていることが確認される一方、図13bを見ると、実施例の場合、外部短絡の後に電流がほぼ0に近いことが確認される。 Both FIGS. 12a and 13a show the results of forcibly causing an external short circuit 10 minutes after the application of the current. With the passage of time, in the case of Comparative Example 1 of FIG. 12a, the cell voltage is recovered to 3.15V, but in the case of the embodiment of FIG. 13a, the cell voltage is recovered to 4.25V. In Comparative Example 1, the fact that about 1.1 V was not recovered suggests that the current was not completely cut off. Looking at FIG. 12b, which actually shows the shunt voltage and current at the time of the external short circuit, in the case of Comparative Example 1, it is confirmed that a current of 300 A or more flows after the external short circuit, while FIG. 13b shows. In the case of the embodiment, it is confirmed that the current is close to 0 after the external short circuit.

バスバーの温度を比較してみれば、12aの比較例1の場合よりも図13aの実施例の場合が、初期の急激な温度上昇によって抵抗が増加した結果、電流が遮断されてほとんど流れないことが分かる。実施例の場合、電流遮断効果が確実であるため、比較例1の正極と負極の温度が100℃前後に上昇するのに比べて、実施例の場合、電流遮断後の温度がほぼ常温に維持されている。 Comparing the temperatures of the busbars, in the case of the example of FIG. 13a as compared with the case of the case of Comparative Example 1 of 12a, as a result of the resistance increasing due to the initial rapid temperature rise, the current is cut off and almost no current flows. I understand. In the case of the example, since the current cutoff effect is certain, the temperature of the positive electrode and the negative electrode of Comparative Example 1 rises to around 100 ° C., whereas in the case of the example, the temperature after the current cutoff is maintained at almost normal temperature. Has been done.

以上の実験結果から、本願の実施例が比較例よりも電流遮断効果が確実であり、実際に温度増加時、電流遮断機能を果たすことを確認することができる。 From the above experimental results, it can be confirmed that the examples of the present application have a more reliable current cutoff effect than the comparative examples, and actually perform the current cutoff function when the temperature increases.

以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。 Although the present invention has been described above with reference to limited examples and drawings, the present invention is not limited to this, and the technical idea and claims of the present invention are made by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. Needless to say, various modifications and modifications are possible within the equal range of.

1 バッテリーモジュール
10、10’ バッテリーセル
20 電極組立体
30 パウチケース
40、40’ 電極リード
50 バスバー
100 バッテリーモジュール
150、150’ バスバー
160 結合部
162 第1金属層
164 物質層
166 第2金属層
168 貫通口
170 端子部
172 孔
210 バッテリーセル
211 セルバンク
230 パウチケース
240 電極リード
290 バスバー
296 貫通口
300 ICB組立体
310 フレーム
1000 バッテリーモジュール
1200 バッテリーパック
1250 インタバスバー
1300 自動車
1310 モーター
1320 インバーター
1 Battery module 10, 10'Battery cell 20 Electrode assembly 30 Pouch case 40, 40' Electrode lead 50 Bus bar 100 Battery module 150, 150'Bass bar 160 Bonding part 162 First metal layer 164 Material layer 166 Second metal layer 168 Penetration Port 170 Terminal 172 Hole 210 Battery Cell 211 Cell Bank 230 Pouch Case 240 Electrode Lead 290 Bus Bar 296 Through Port 300 ICB Assembly 310 Frame 1000 Battery Module 1200 Battery Pack 1250 Interbus Bar 1300 Automobile 1310 Motor 1320 Inverter

Claims (13)

長さと幅に比べて厚さが薄いほぼ板状の結合部と、
前記結合部の一端に垂直方向へ折り曲げられた端子部と、を含み、
前記結合部は、前記端子部の延長方向に沿って順番に積層された第1金属層/常時には導電性であるが、温度が上昇すれば、抵抗として機能する物質層/第2金属層からなり、
前記物質層が、所定の温度以上で分解されてガスを発生させることで抵抗を増加させるガス発生材料を含み、
前記第1金属層が前記端子部と一体型であり、前記第2金属層がバッテリーセルの電極リードとの接続面を提供することを特徴とする、ターミナルバスバー。
With an almost plate-shaped joint that is thinner than the length and width,
Including a terminal portion bent in the vertical direction at one end of the joint portion.
The joint portion is formed from a first metal layer / always conductive, which is laminated in order along the extension direction of the terminal portion, but from a substance layer / a second metal layer that functions as a resistance when the temperature rises. Become
The material layer contains a gas generating material that increases resistance by decomposing above a predetermined temperature to generate gas.
A terminal bus bar, wherein the first metal layer is integrated with the terminal portion, and the second metal layer provides a connecting surface with an electrode lead of a battery cell.
前記物質層が、前記ガス発生材料と導電性物質及び接着剤を含むことを特徴とする、請求項1に記載のターミナルバスバー。 The terminal bus bar according to claim 1, wherein the substance layer contains the gas generating material, a conductive substance, and an adhesive. 前記ガス発生材料が、メラミンシアヌレートであることを特徴とする、請求項1又は2に記載のターミナルバスバー。 The terminal bus bar according to claim 1 or 2, wherein the gas generating material is melamine cyanurate. 前記接着剤によって前記導電性物質が相互に接続及び固定されており、前記ガスの発生時、前記導電性物質の接続が解除されて抵抗が増加することを特徴とする、請求項2に記載のターミナルバスバー。 The second aspect of the present invention, wherein the conductive substances are connected and fixed to each other by the adhesive, and when the gas is generated, the connection of the conductive substances is released and the resistance is increased. Terminal bus bar. 請求項1から4のいずれか一項に記載のターミナルバスバーを製造する方法であって、
第1金属層が端子部と一体型であり、断面がL字形である金属部材を準備する段階と、
前記第1金属層の上に、常時には導電性であるが、温度が上昇すれば、抵抗として機能する物質層を形成する段階と、
前記物質層の上に第2金属層を積層する段階と、を含むことを特徴とする、ターミナルバスバーの製造方法。
The method for manufacturing the terminal bus bar according to any one of claims 1 to 4.
At the stage of preparing a metal member whose first metal layer is integrated with the terminal portion and whose cross section is L-shaped,
On the first metal layer, a material layer that is always conductive but functions as a resistance when the temperature rises is formed.
A method for manufacturing a terminal bus bar, which comprises a step of laminating a second metal layer on the material layer.
前記物質層は、前記ガス発生材料と導電性物質及び接着剤を含んで形成され、前記物質層の上に前記第2金属層を積層した後、押し付ける段階をさらに含むことを特徴とする、請求項5に記載のターミナルバスバーの製造方法。 The substance layer is formed by containing the gas generating material, a conductive substance, and an adhesive, and further comprises a step of laminating the second metal layer on the substance layer and then pressing the substance layer. Item 5. The method for manufacturing a terminal bus bar according to Item 5. 二つ以上のバッテリーセルを含むバッテリーモジュールであって、
前記バッテリーセルは、反対極性の電極リードがパウチケースの外部に露出しているパウチ型二次電池であり、
前記バッテリーセルのうち一つ以上のバッテリーセルの電極リードと接続したターミナルバスバーをさらに含み、
前記ターミナルバスバーが、長さと幅に比べて厚さが薄いほぼ板状の結合部と、
前記結合部の一端に垂直方向へ折り曲げられた端子部と、を含み、
前記結合部が、前記端子部の延長方向に沿って順番に積層された第1金属層/常時には導電性であるが、温度が上昇すれば、抵抗として機能する物質層/第2金属層からなり、
前記物質層が、所定の温度以上で分解されてガスを発生させることで抵抗を増加させるガス発生材料を含み、
前記第1金属層が前記端子部と一体型であり、前記第2金属層が前記電極リードと接続していることを特徴とする、バッテリーモジュール。
A battery module that contains two or more battery cells
The battery cell is a pouch-type secondary battery in which electrode leads having opposite polarities are exposed to the outside of the pouch case.
Further including a terminal busbar connected to the electrode leads of one or more of the battery cells.
The terminal bus bar has an almost plate-shaped joint that is thinner than the length and width.
Including a terminal portion bent in the vertical direction at one end of the joint portion.
From the first metal layer / always conductive, but when the temperature rises, the material layer / second metal layer that functions as a resistance when the joint portion is laminated in order along the extension direction of the terminal portion. Become
The material layer contains a gas generating material that increases resistance by decomposing above a predetermined temperature to generate gas.
A battery module, wherein the first metal layer is integrated with the terminal portion, and the second metal layer is connected to the electrode lead.
前記物質層は、前記ガス発生材料と導電性物質及び接着剤を含んでいることを特徴とにする、請求項7に記載のバッテリーモジュール。 The battery module according to claim 7, wherein the substance layer contains the gas generating material, a conductive substance, and an adhesive. 前記ガス発生材料が、メラミンシアヌレートであることを特徴とする、請求項7又は8に記載のバッテリーモジュール。 The battery module according to claim 7 or 8, wherein the gas generating material is melamine cyanurate. 前記接着剤によって前記導電性物質が相互に接続及び固定されており、前記ガスの発生時、前記導電性物質の接続が解除されて抵抗が増加することを特徴とする、請求項8に記載のバッテリーモジュール。 The eighth aspect of the present invention, wherein the conductive substances are connected and fixed to each other by the adhesive, and when the gas is generated, the connection of the conductive substances is released and the resistance is increased. Battery module. 前記バッテリーモジュールの外部から前記バッテリーモジュールへの電流の流れ経路は、前記端子部、前記第1金属層、前記物質層、前記第2金属層及び前記電極リードの順に設けられることを特徴とする、請求項7から10のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 The current flow path from the outside of the battery module to the battery module is provided in the order of the terminal portion, the first metal layer, the material layer, the second metal layer, and the electrode leads. The battery module according to any one of claims 7 to 10. 請求項7から11のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを二つ以上含み、
前記バッテリーモジュール同士を接続するために前記バッテリーモジュールのうちいずれか一つのターミナルバスバーの端子部と、前記バッテリーモジュールのうち他の一つのターミナルバスバーの端子部とを接続するインタバスバーをさらに含む、バッテリーパック。
Includes two or more battery modules according to any one of claims 7 to 11.
A battery further including an interbus bar that connects a terminal portion of a terminal bus bar of any one of the battery modules and a terminal portion of the other terminal bus bar of the battery modules to connect the battery modules to each other. pack.
請求項12に記載のバッテリーパックを少なくとも一つ含む、自動車。 An automobile comprising at least one battery pack according to claim 12.
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